HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung:
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Die Erfindung betrifft eine elektrolumineszente (EL)
Dünnschichtvorrichtung, die mit einer Licht emittierenden
Schicht und Isolierschichten so versehen ist, daß sie beim
Anlegen eines elektrischen Felds Elektrolumineszenz zeigt.
Spezieller betrifft sie die Isolierschicht der Vorrichtung.
2. Beschreibung des Standes der Technik:
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Seit der Entwicklung von EL-Dünnschichtvorrichtungen, die
beim Anlegen eines elektrischen Wechselfelds an die
emittierende Schicht aus mit einem Element für Lumineszenzzentren
dotiertem Metallsulfid helles Licht emittieren, wurden
verschiedene Untersuchungen hinsichtlich der Struktur der
Vorrichtung ausgeführt. Die herkömmlich bekannte
EL-Dünnschichtvorrichtung weist die in Fig. 2 dargestellte Grund
struktur auf.
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Sie ist auf einem transparenten Substrat 1 wie einer
Glasplatte ausgebildet. Auf dem Substrat sind mehrere lange,
schmale transparente Elektroden 2 parallel zueinander
angeordnet. Auf den Elektroden 2 ist eine erste Isolierschicht 3
ausgebildet, die typischerweise aus einer SiO&sub2;-Schicht und
einer Si&sub3;N&sub4;-Schicht besteht, die in der genannten
Reihenfolge aufeinanderlaminiert sind. Auf der ersten
Isolierschicht 3 ist eine Licht emittierende Schicht 4 aus mit
einer aktiven Substanz dotiertem ZnS ausgebildet. Die Licht
emittierende Schicht 4 ist mit einer zweiten Isolierschicht
überzogen, die typischerweise aus einem Si&sub3;N&sub4;-Film und
einem Al&sub2;O&sub3;-Film besteht, die in der genannten Reihenfolge
aufeinanderlaminiert sind. So bilden die Licht emittierende
Schicht 4 und die dieselbe einbettenden Isolierschichten 3
und 5 eine Dreischichtstruktur. Auf der zweiten
Isolierschicht 5 sind mehrere lange, schmale Rückseitenelektroden 6
aus Al oder dergleichen in der Richtung rechtwinklig zur
Richtung der vorstehend genannten transparenten Elektroden 2
angeordnet. Die transparenten Elektroden 2 und die
Rückseitenelektroden 6 sind mit einer Wechselspannungsquelle 7
verbunden, die die EL-Dünnschichtvorrichtung betreibt.
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Die wie vorstehend aufgebaute herkömmliche
EL-Dünnschichtvorrichtung weist den Nachteil auf, daß zur Herstellung
viele Schritte und eine lange Zeit erforderlich sind, weswegen
die Kosten hoch sind. Die Komplexität der Herstellschritte
und die hohen Kosten sind hauptsächlich der ersten und
zweiten Isolierschicht der Laminatstruktur zuzuschreiben, für
deren Herstellung viel Zeit erforderlich ist, wenn sie durch
einen Sputterprozeß hergestellt werden, wie er im
allgemeinen zum Ausbilden der Isolierschichten verwendet wird.
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Unter Berücksichtigung des Vorstehenden führten die Erfinder
eine Reihe von Untersuchungen an Materialien und Prozessen
zum Herstellen der vorstehend genannten Isolierschichten
aus. Im Ergebnis stellte sich heraus, daß die Isolierschich
ten in kurzer Zeit auf einfache Weise aus einem organischen,
dielektrischen Material aus Cyanethylzellulose hergestellt
werden können und daß die sich ergebende
EL-Dünnschichtvorrichtung genauso helles Licht wie eine herkömmliche
emittiert, die mit anorganischen Isolierschichten versehen ist.
Die Erfindung wurde auf Grundlage dieser Erkenntnis
fertiggestellt.
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Derartige organische, dielektrische Materialien, wie sie bei
der Erfindung für die Isolierschichten verwendet werden,
wurden herkömmlicherweise als Bindemittel für das
lumineszente Material eines EL-Elements, bei dem das lumineszente
Material dispergiert ist und das ohne Isolierschichten
aufgebaut ist, verwendet; siehe z. B. DE-A-21 20 926. Diese
Materialien wurden auch herkömmlicherweise als Bindemittel
für ein Pulver mit hoher Dielektrizitätskonstante, wie TiO&sub2;
oder BaTiO&sub3; in einer Isolierschicht verwendet; siehe z. B.
US-A-9,417,174. Jedoch war es nicht bekannt, daß sie
getrennt für die Isolierschicht einer
EL-Dünnschichtvorrichtung mit Laminatstruktur verwendet werden können wie bei der
Erfindung.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß der Erfindung weist eine EL-Dünnschichtvorrichtung
eine Licht emittierende Schicht, deren beide Seiten mit
einer Isolierschicht bedeckt sind, und ein Paar die Licht
emittierende Schicht einbettende Elektroden auf, von denen
mindestens eine transparent ist, wobei mindestens eine der
Isolierschichten ausschließlich aus einem Dünnfilm aus dem
organischen dielektrischen Material aus einer
Cyanethylzellulose besteht.
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Die erfindungsgemäße EL-Dünnschichtvorrichtung kann
innerhalb kurzer Zeit durch einen einfachen Prozeß hergestellt
werden, was zu geringen Herstellkosten führt, da die
Isolierschicht aus einem organischen dielektrischen Material
durch Beschichten, Sprühen oder Siebdruck ausgeführt wird,
was einfach auszuführen ist. Darüber hinaus verhindert eine
isolierschicht aus einem derartigen organischen
dielektrischen Material die Ausbreitung eines möglichen
dielektrischen Durchschlags, da sie weicher ist als eine solche aus
anorganischem dielektrischem Material. Anders gesagt, ist
sie von selbstausheilendem Typ.
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Die erfindungsgemäße EL-Dünnschichtvorrichtung ist ihrer
Leistungsfähigkeit nach mit einer herkömmlichen
vergleichbar.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 ist eine schematische Darstellung, die eine
erfindungsgemäße EL-Dünnschichtvorrichtung zeigt.
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Fig. 2 ist eine schematische Darstellung, die eine
herkömmliche EL-Dünnschichtvorrichtung zeigt.
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Fig. 3 ist eine Spannung/Helligkeit-Kurve, die die
charakteristischen Eigenschaften der in Fig. 1 dargestellten EL-
Dünnschichtvorrichtung zeigt.
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Fig. 4(a) und 4(b) sind schematische Darstellungen, die
andere erfindungsgemäße EL-Dünnschichtvorrichtungen zeigen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Eine erfindungsgemäße EL-Dünnschichtvorrichtung wird im
allgemeinen durch Auflaminieren auf ein aus Glas oder
Kunststoff bestehendes, transparentes Substrat hergestellt. See
besteht aus mehreren Schichten, die aufeinanderlaminiert
sind. Ein typisches Beispiel für eine Laminatstruktur ist
nachfolgend dargelegt:
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Elektrode/Isolierschicht/Licht emittierende
Schicht/Isolierschicht/Elektrode/Substrat
(Doppelisolierschichtstruktur).
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Die Doppelisolierschicht-Struktur ist bevorzugt, da sie am
wirkungsvollsten hinsichtlich des Schützens der Vorrichtung
gegen dielektrische Durchschläge ist.
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Erfindungsgemäß besteht mindestens eine der Isolierschichten
aus einem Dünnfilm aus einer Cyanethylzellulose als
organischem dielektrischem Material. Es ist bevorzugt, daß die
erste Isolierschicht (anschließend an das Substrat) aus
einem anorganischen, isolierenden Material (Metalloxid oder
-nitrid wie SiO&sub2;, Si&sub3;N&sub4;, TiO&sub2;, Ta&sub2;O&sub5;, Al&sub2;O&sub3; oder einer
Kombination hieraus) und die zweite Isolierschicht aus dem
organischen dielektrischen Material aus einer
Cyanethylzellulose besteht.
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Das organische dielektrische Material aus einer
Cyanethylzellulose kann auf einfache Weise durch Auftragen, Sprühen
oder Siebdrucken nach Auflösung in einem Lösungsmittel zu
einem Dünnfilm ausgebildet werden. Zum Herstellen des
Dünnfilms kann abhängig vom Einzelfall eine Wärmebehandlung
verwendet werden. Der Dünnfilm verfügt geeigneterweise über
eine Dicke im Bereich von 0,1 bis 10 µm, vorzugsweise 0,1
bis 1 µm.
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Die Isolierschicht kann auf extrem einfache Weise ohne
Vakuum oder mit geringem Vakuum in sehr kurzer Zeit
hergestellt werden. Dies führt zu einer starken Verringerung der
Herstellkosten im Vergleich zu denen bei einer herkömmlichen
Vorrichtung.
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Die Licht emittierende Schicht bei der Erfindung besteht
geeigneterweise aus einem bekannten Metallsulfid (wie ZnS,
CdS, CaS, SrS und BaS) oder einem Metallselenid (wie ZnSe
und CaSe). Vorzugsweise verfügt sie über eine Dicke im
Bereich von 4.000 bis 10.000 Å. Die Licht emittierende Schicht
kann Mn oder ein Seltenerdelement als Lumineszenzzentrum
enthalten. Die Licht emittierende Schicht kann durch
Abscheidung im Vakuum, Sputtern oder einen CVD-Prozeß
hergestellt werden.
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Die erfindungsgemäße EL-Dünnschichtvorrichtung verfügt über
ein Paar Elektroden, von denen mindestens die einen
transparent sind. Ein Beispiel für eine transparente Elektrode ist
eine ITO-Elektrode. Im allgemeinen wird sie anschließend an
das transparente Substrat angeordnet. Die andere Elektrode
muß nicht immer transparent sein. Es kann ein Dünnfilm aus
Al, Cu, Au oder dergleichen sein. Die Elektroden weisen ein
gewünschtes Muster auf, das durch Abscheiden durch eine
Maske hindurch oder durch Ätzen ausgebildet wird.
Beispiele
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Nachfolgend werden die bevorzugten Ausführungsbeispiele der
Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detaillierter
beschrieben. In den Zeichnungen bezeichnen dieselben
Bezugszahlen dieselben Teile wie bei der in Fig. 2 dargestellten
herkömmlichen Vorrichtung. Die Grundstruktur der Vorrichtung
beim Beispiel wird nicht erläutert, da sie dieselbe wie die
herkömmliche ist.
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Die folgende Erläuterung ist auf ein Beispiel gerichtet, das
eine EL-Dünnschichtvorrichtung mit Doppelisolierschicht
Struktur verwendet, wobei die zweite Isolierschicht aus
einer Cyanethylzellulose als organischem dielektrischem Mab
terial besteht.
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Bei der in Fig. 1 dargestellten EL-Dünnschichtvorrichtung
besteht die dargestellte zweite Isolierschicht 8 aus einem
organischen dielektrischen Material. Die zweite Isoliert
schicht bei diesem Beispiel verfügt über eine Dicke von
ungefähr 0,2 µm, obwohl die Dicke im Bereich von 0,1 bis 10 µm
liegen kann. Sie wird dadurch hergestellt, daß eine Lösung
aus Cyanethylzellulose (in einem organischen polaren
Lösungsmittel wie Dimethylformamid, N-Methylpyrolidon und
Nitromethan) durch Auftragen, Sprühen oder Siebdrucken auf
die Licht emittierende Schicht 4 aufgebracht wird, gefolgt
von einem Aufheizen auf ungefähr 100ºC in einem Ofen, um das
organische Lösungsmittel zu entfernen. Das Aufheizen kann im
Vakuum bei ungefähr 133,3 Nm&supmin;² (d. h. ungefähr 1 Torr)
ausgeführt werden, um das organische Lösungsmittel wirksam zu
beseitigen.
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Die Licht emittierende Schicht 4 wird durch Abscheidung von
mit 0,5 Gew.-% Mn dotiertem ZnS im Vakuum hergestellt. Sie
verfügt über eine Dicke von 7000 bis 8000 Å. Die erste
Isolierschicht 3 besteht aus einer 300 Å dicken Schicht aus
SiO&sub2; und einer 2000 Å dicken Schicht aus Si&sub3;N&sub4;. Die
transparente Elektrode 2 ist ein ITO-Film und die
Rückseitenelektrode 6 ist ein Al-Film.
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Die wie vorstehend beschrieben hergestellte
EL-Dünnschichtvorrichtung verfügt über eine
Spannung/Helligkeit-Charakteristik (l&sub1;), wie sie in Fig. 3 dargestellt ist. Zum
Vergleich ist die Spannung/Helligkeit-Charakteristik (l&sub2;) einer
herkömmlichen EL-Vorrichtung dargestellt. Aus Fig. 3 ist
erkennbar, daß die EL-Dünnschichtvorrichtung mit der zweiten
Isolierschicht 8 beinahe dieselbe
Spannung/Helligkeit-Charakteristik wie die herkömmliche EL-Vorrichtung zeigt.
Außerdem besteht kein Unterschied zwischen ihnen
hinsichtlich der Durchschlagfestigkeit und der Stabilität.
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Beim vorstehend beschriebenen Beispiel wird ein organisches
dielektrisches Material aus einer Cyanethylzellulose für die
zweite Isolierschicht verwendet; jedoch kann es auch für die
erste Isolierschicht oder sowohl die erste als auch die
zweite Isolierschicht verwendet werden, wie es in den Fig
4(a) bzw. 4(b) dargestellt ist, in denen der Dünnfilm aus
dem organischen dielektrischen Material mit der Bezugszahl 8
gekennzeichnet ist.